年诺贝尔化学奖得主真是一个超酷的女科学家啊……

瑞典皇家科学院10月3日宣布，将授予美国科学家弗朗西斯·阿诺德(Frances H.Arnold)、美国科学家乔治·史密斯(George P.Smith)及英国科学家格雷戈里·温特尔(Gregory P.Winter)三位科学家2018诺贝尔化学奖。

今年诺贝尔化学奖得主的主要贡献是进化控制，以及使用进化变化和选择的相同原理，开发设计解决人类化学问题的蛋白质。表彰他们在酶的定向进化，以及多肽与抗体的噬菌体展示技术领域的贡献。

从历年诺贝尔化学奖得主名单中不难看出，诺贝尔化学奖“混搭”明显，与其他自然科学领域并没有明显的界线。不少人的获奖成就并非出自传统的化学研究，而是涉及生物学、物理学等多重学科，因此诺贝尔化学奖也被调侃为“理科综合奖”，还曾出现过“诺贝尔化学奖颁给物理学家、以奖励他们的成果有益于生物学家”之类的情况。

今年的三位化学奖获得者中有一位女性，弗兰西斯·阿诺德可真是一个超酷的女科学家啊……

·高中的时候就自己一个人住，靠开出租和调鸡尾酒赚钱

·从匹兹堡一个人搭车去DC，参加反对越战的抗议

·考上了普林斯顿机械工程系，班里唯一一个女生

·因为大学里必修课不多，花了很多时间学经济学、俄语和意大利语，和意大利来的博士后拍拖，还gap了一年去意大利造核电站零件

·本来根本就没想当科学家，梦想是当个外交官或者跨国公司CEO，再读个国关博士，但因为经历了石油危机和三哩岛事故，开始对新能源感兴趣了

·毕业之后去美国太阳能研究所，给偏远地区设计太阳能发电设施

·里根上台之后美国能源政策转向，于是她重新回学校念书，30岁拿到伯克利的化学工程phD，想做生物燃料

·半路遇到生物技术兴起，于是最后一次改行，去了加州理工当生物化学工程师，搞蛋白设计

·同事们都在做小规模实验研究蛋白质合成的机理，就她一个人不耐烦想直接解决现实问题，说人们做育种都几千年了，自然界已经有办法给分子做优化了，干嘛不用呢

·被好些同行鄙视，说这根本不算科学，说绅士不搞随机瞎突变，“老子不是科学家也不是绅士，管你们说什么呢，最后赚大了的是我，这玩意儿好用啊！”

·被好几个前辈批评说狂妄自大，“没错啊我是真的狂妄——一点没假装。我做的事情就是很重要很有用，对此我没有一丝一毫的怀疑。”

·日常给好莱坞编剧做科学顾问

·2005年患上乳腺癌，如今已经康复

·真的成立了一家生物燃料公司并且上市了，然而发现自己还是比较擅长做科研，忍痛放弃了当CEO的童年梦想

怎么说呢，这个人生实在过得是太硬核了啊

说完获奖者，我们再来说说今年诺贝尔化学奖「蛋白质进化」在我们生活中有什么实际应用呢？

今年的化学奖看起来没有关联，其实却有一个共同的特点：

自从生命的第一颗种子出现在大约37亿年前，地球上几乎每个缝隙都充满了不同的生物，无论是温泉，深海还是干燥的沙漠，这一切都是因为进化。正是因为进化，这个星球的生命才会变的如此美丽和动人。

生命是如何进化的呢？简单来说，就是利用基因的突变或者重组，比如对一个基因的碱基进行改变（突变）或者将不同之间的基因进行重新组合（重组），就可以产生多样化的蛋白质，而这些不断变化的基因通过自然的筛选过程就可以产生多样化的生命，让生命变得丰富多彩。

但是生命经过了40亿年的进化，才发展了到了这么多样化的生命星球。所以自然进化的过程是极其缓慢的。而且很多情况下自然产生的蛋白质并不能满足我们的需求，比如我们需要一种更加高效的酶来更快、更多、质量更好的产生所需要的物质比如糖、生物燃油等等。而今年的得主之一Frances Arnold就利用大自然的进化策略解决了这一问题。

自然的进化使很缓慢的，所以Frances Arnold就开发了进化速度更快的实验室进化策略，也叫做定向进化、试管进化，让我们可以在实验室中对蛋白质进行进化。相比如自然的进化过程，这种策略甚至可以将进化的速度提升几百万倍。那么定向进化的主要策略是什么呢？

1. 首先对蛋白质的基因序列进行随机突变（利用一些保真度很差的DNA聚合酶），产生一个突变库。
2. 产生的基因被导入大肠杆菌（复制速度快）中，这样大肠杆菌就可以按照这些突变的基因序列表达突变的酶。
3. 通过相应的策略比如荧光筛选、催化实验等筛选出符合我们要求的酶，比如催化更快、活性更高的酶。
4. 这种进化的过程是可以循环进行的，也许一轮进化无法得到我们想要的酶，那我们就可以每次选出相对最好的酶进行下一轮的进化，通过不断的进化过程，一般情况下，我们就可以筛选出更加符合我们要求的酶。

1993年，她进行了酶的第一次定向进化，这个酶的主要作用是催化一些化学反应。 从那时起，她就重新定义了开发新催化剂（酶）的方法。Frances Arnold开发的酶可以用于更环保的化学物质的制造，如药品和生产可再生燃料。

Frances Arnold创建的这套进化的策略已经在全世界生物学实验室广泛应用，后面更多的研究者也对这种进化策略不断的进行了优化，现在的实验室进化可以更快、通量更高、效果更优的筛选出符合要求的酶类。一次实验就可以筛选成百上千万的酶突变体。

在其他人研究中也不断的利用类似的进化策略，对一些蛋白质进行了进化，结果往往很神奇，仅仅几个突变就能产生我们需要的蛋白质。这一方面说明了此种实验室进化策略的高效性。同时也说明了生命的“灵活性”，通过对生命进行实验室进化，我们可以以更快的速度进行进化的过程，去探索自然无法涉及的生命领域，为人类开拓更大的进化空间。

而另一位获奖者George Smith，其主要贡献是开发了一种叫做”噬菌体展示“的技术。这项技术中噬菌体，一种可以侵染细菌的病毒，被用来对蛋白质进行进化。

那么噬菌体展示技术是如何对蛋白质进行进化的呢？

首先George Smith将编码蛋白质的基因导入的噬菌体的基因组中，这样一来噬菌体就可以在其病毒的外壳表面插入这种蛋白质。这种展示在噬菌体表面的蛋白质的用途就很多啦，比如说用于探究蛋白质与蛋白质之间的相互关系，更重要的进行蛋白质的进化，你可以将各种各样突变的蛋白质（基因突变而来）展示在噬菌体表面，建立一个突变文库，而这种突变文库可以用于开发更好的抗体药物，而开发药物就是第三位诺贝儿化学奖得主Sir Gregory Winter的重要贡献。

Sir Gregory Winter做了什么呢？他利用噬菌体展示技术生产了各种对人类疾病非常重要的新药。第一种基于这种方法的阿达木单抗（adalimumab）于2002年获得批准，用于治疗类风湿性关节炎，牛皮癣和炎症性肠病。

现在来说，噬菌体展示技术已经用来产生各种抗体治疗疾病，比如中和毒素、治疗自身免疫性疾病或者治愈癌症。

总结来说，今年的诺贝尔化学奖（理综奖，哈哈）再一次没有颁给纯化学领域，看似不相关的两个领域实则均利用了大自然早已存在的生命策略：进化。Frances Arnold开发了实验室进化的技术，将进化的速度提升了几百万倍，让我们可以更快的获得符合要求的蛋白质突变体。而George Smith的噬菌体展示技术则将实验室进化技术从细菌转移到了噬菌体中，可以更加高效的对突变体进行筛选，也为Sir Gregory Winter的工作提供了技术基础，而Sir Gregory Winter则将进化与噬菌体展示技术结合起来，用于筛选治愈疾病的抗体蛋白，造福了全人类。

最后我想说进化是伟大的！因为自然选择了进化，让整个地球变成了宇宙一颗闪耀的生命星球。我也无时无刻不惊叹于自然的伟大，自然为我们提供了太多的科学研究思路，我们一直在“Learn From Nature”，向自然学习，今天颁发的诺贝尔奖就是一个例子。同时我们人类也是伟大的，我们不仅向自然学习，同时我们在一定程度上也超越了自然（Beyond Nature），比如我们利用定向进化创造了自然界从未存在的生命化学物质。

向自然、生命与人类致敬！

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